Thèse soutenue

Expérience et étude numérique sur la dynamique de transfert d'humidité dans les matériaux cimentaires poreux à plusieurs échelles
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Auteur / Autrice : Xiaoyan Ma
Direction : Rachid BennacerFarid Benboudjema
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Génie civil
Date : Soutenance le 17/06/2020
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences
Partenaire(s) de recherche : référent : École normale supérieure Paris-Saclay (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1912-....)
Laboratoire : Laboratoire de mécanique et technologie (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1975-2021)
Jury : Président / Présidente : Patrick Perré
Examinateurs / Examinatrices : Abdelkarim Ait-Mokhtar, Sabine Care, Miguel Azenha
Rapporteurs / Rapporteuses : Abdelkarim Ait-Mokhtar, Sabine Care

Résumé

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Le changement climatique au cours des dernières décennies est fortement influencé par les activités humaines, y compris l'émission de gaz à effet de serre. Dans le domaine de la construction, la production de ciment contribue à environ huit pour cent des émissions mondiales de dioxyde de carbone, du fait que le béton est le matériau manufacturé le plus utilisé qui existe. Par conséquent, en plus de la sécurité, la durabilité du béton et la durabilité de leurs structures représentent des préoccupations importantes concernant la consommation d'énergie et l'impact environnemental mondial.Les résultats de la recherche ont montré que le comportement structurel du béton est étroitement lié à la variation du niveau d'eau en son sein et la perte d'eau libre peut induire une modification de ses propriétés chimiques, élastiques, résistances, retrait ou déformations de fluage. Ainsi, la connaissance de l'état hydrique du béton est de la plus haute importance en ce qui concerne l’évolution du comportement mécanique et le potentiel de durabilité des structures en béton. Du point de vue de la microstructure, la propriété du transfert d'humidité est une liée aux structures internes des pores. Par conséquent, il est également important d'acquérir la connaissance des réseaux de pores et de la distribution de leurs taille sur une large gamme de matériau.Dans ce travail de thèse, nous nous concentrons sur les mécanismes de transfert d'humidité dans le béton, par la combinaison de l'approche expérimentale et numérique. Du point de vue du modèle de séchage et de la structure multi-échelle du béton, nous avons effectué des tests de séchage, d'imbibition et de cycles séchage-imbibition dans différentes géométries de béton pendant plus de 200 jours. Nous avons ainsi obtenu base de donnée fiable sur l’évolution de masse globale des éprouvettes et l'humidité intérieure locale en différents points.Le modèle de transfert d'humidité contient deux mécanismes principaux: la perméation de l'eau liquide et la diffusion de la vapeur d'eau. Sur la base des résultats expérimentaux obtenus et les résultats de simulation (présent modèle) de la perte de masse et de l'humidité calculés par CAST3M, une d'identification des paramètres de ce modèle est effectué par un programme d'optimisation couplé à Matlab. Cette méthode de couplage numérique-expérience-identification est adoptée pour simuler de façon fiable le phénomène de séchage, et les résultats fournissent une approche pratique pour suivre le processus de transfert d'humidité du béton.Après l'optimisation des paramètres, les hypothèses du modèle de transfert d'humidité sont également discutées. L'analyse comprend les hypothèses qui sont proposées dans le modèle ; Une solution analytique simplifiée avec l'hypothèse de coefficient linéaire ; Et le schéma de transfert d'humidité dans le modèle, disant si les deux phases (liquide et vapeur) de l'eau interagissent dans un style parallèle, en série ou en combinaison et comment cela influence le profil d'humidité et l'évolution de la masse. La dernière partie du travail consiste en plusieurs approches pour étudier la structure interne du matériau en béton, combinant la méthode de porosimétrie par intrusion de mercure (MIP), la tomographie par rayons X et le microscope électronique à balayage à faisceau ionique focalisé (FIB-SEM). En adoptant ces trois techniques, nous obtenons la distribution de la taille des pores qui couvre une large gamme de dizaines de nanomètres à quelques millimètres. De plus, la visualisation 3D des bulles volumétriques est reconstituée à partir des résultats de la tomographie aux rayons X.